【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于发电和压缩空气储能结合，特别涉及直接发电和压缩空气储能结合的风能利用系统及控制方法。
技术介绍
1、构建以新能源为主体的新型电力系统已成为行业共识。在此背景下，风电、光伏等新能源行业迎来蓬勃发展。
2、然而，由于风能、光能资源的随机性和波动性，“弃风”、“弃光”现象目前虽有好转，但在全国各地仍然普遍存在。如何在保证电网安全稳定运行的前提下，大规模、高水平消纳可再生能源发电量，是当前业界面临的共同课题。
3、多年来，学术界提出了种种设想，经过工程领域的多番尝试，储能技术逐渐脱颖而出，该技术可以削峰填谷，将不稳定的可再生能源拼接起来，转化为可靠稳定的能源供应，提高电网对可再生能源的消纳能力。压缩空气储能就是当前储能技术中的一个典型代表。
4、当前关于压缩空气储能的现有技术主要是：在电网负荷低谷期，用电动机驱动压缩机对空气做功，使其转变为高压空气后储存起来。在电网负荷高峰期，用高压空气驱动膨胀机，进而带动发电机向电网输送电能。
5、现有技术主要存在以下问题：
6、①压缩机的动力来源直接取自电网，而电网上的电能又是由机械能等其他形式的能源转化而来，因此上述能量储存和释放过程为：其它形式的能量→电能→压缩机的机械能→压缩空气的势能→膨胀机和发电机的机械能→电能。
7、每个环节的能量转换都会不可避免地存在损耗，因此如果能将上述环节中的某一个或某几个省略，则自然会提高能量传输效率。
8、②压缩机对空气的做功过程不仅会提高空气的压力，也会显著提高其
9、③膨胀机的工作过程不仅会降低空气的压力，也会使其温度显著降低至大气温度以下。在现有技术中，做功后的这部分乏气的冷量也没有得到有效利用。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供直接发电和压缩空气储能结合的风能利用系统及控制方法，以解决上述问题。
2、为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、直接发电和压缩空气储能结合的风能利用系统，包括直接发电和压缩空气储能结合的风能利用单元和第二发电单元，直接发电和压缩空气储能结合的风能利用单元连接第二发电单元；
4、直接发电和压缩空气储能结合的风能利用单元包括风力机、第一组传动机构、第二组传动机构、空气压缩机、储气罐和第一发电机；风力机输出端分别连接第一组传动机构和第二组传动机构，第一组传动机构连接第一发电机，第二组传动机构依次连接空气压缩机和储气罐，储气罐连接第二发电单元；第二发电单元包括膨胀机和第二发电机，膨胀机和第二发电机依次连接。
5、进一步的，第一组传动机构包括第一离合器和第一齿轮箱，第一离合器连接第一齿轮箱，第一齿轮箱输出端连接第一发电机；第二组传动机构包括第二离合器和第二齿轮箱，第二离合器连接第二齿轮箱，第二齿轮箱输出端连接空气压缩机。
6、进一步的，设置有第一齿轮箱润滑油换热器，第一齿轮箱润滑油换热器的油侧循环管路入口设置有第一调节阀，出口设置有第一润滑油泵。
7、进一步的，设置有第二齿轮箱润滑油换热器，第二齿轮箱润滑油换热器的油侧循环管路入口设置有第二调节阀，出口设置有第二润滑油泵。
8、进一步的，空气压缩机出口设置有管路分别连接到第一齿轮箱润滑油换热器和第二齿轮箱润滑油换热器的气侧入口，且管路入口分别设置有第三调节阀和第四调节阀；
9、第一齿轮箱润滑油换热器的气侧出口分为三路：第一路上设置有第二截止阀，接至储气罐的入口管路；第二路上设置有第十截止阀，接至空气压缩机入口管路上的第一截止阀上游；第三路上设置有第三截止阀，接至外界大气环境；
10、第二齿轮箱润滑油换热器的气侧出口分为三路：第一路上设置有第四截止阀，接至储气罐的入口管路；第二路上设置有第十一截止阀，接至空气压缩机入口管路上的第一截止阀上游；第三路上设置有第五截止阀，接至外界大气环境。
11、进一步的，膨胀机的出口管路上设置有第七截止阀；强制通风风机入口管路上设置有第九截止阀、第二空气滤网，出口管路上设置有第八截止阀；第七截止阀下游的管路分为两路，其中一路和第八截止阀之后的管路汇合，之后分别通过第六调节阀和第七调节阀连接至第一齿轮箱润滑油换热器和第二齿轮箱润滑油换热器的气侧入口；第七截止阀下游的另一路通过第八调节阀连接至大气。
12、进一步的，储气罐和膨胀机之间设置有第六截止阀和第九调节阀，储气罐上连接有安全阀和第三压力变送器。
13、进一步的，直接发电和压缩空气储能结合的风能利用单元的个数大于等于1，大于1时为并联连接；储气罐的个数大于等于1，大于1时为并联连接；第二发电单元的个数大于等于1，大于1时为并联连接。
14、进一步的，第一齿轮箱润滑油换热器上设置有第一温度变送器和第一电加热器；第二齿轮箱润滑油换热器上设置有第二温度变送器和第二电加热器。
15、进一步的，直接发电和压缩空气储能结合的风能利用系统的控制方法，包括以下步骤：
16、当风速稳定且电网需要该风力机提供电能资源时，第一离合器啮合，风力机通过第一离合器、第一齿轮箱驱动第一发电机向电网输出电能；
17、当风速不稳定，或者风速稳定，电网的电力供应充足、要求风力机降低发电功率时，第二离合器啮合，同时联锁打开空气压缩机入口管道上的第一截止阀，风力机通过第二离合器、第二齿轮箱驱动空气压缩机工作，外界空气依次经过第一截止阀和第一空气滤网进入压缩机，通过压缩机做功变为高压空气，存储在储气罐内，用于第二发电单元发电；
18、当电网上的电能仍然处于供大于求的状态，则第一发电机进一步降低发电功率，同时空气压缩机增大输出功率；当电网暂时不需要该风力机提供电能时，第一离合器断开，同时第一发电机脱网，停止发电，此时，风力机所有输出功率全部施加于空气压缩机，用于储能；
19、当电网处于用电高峰时，控制系统首先将原本处于啮合位置的第二离合器断开，停运空气压缩机，将风力机的输出功率优先保证第一发电机的发电需求；
20、在上述基础上，如果电网仍然处于缺电状态，则由控制系统联锁打开第六截止阀和第九调节阀，将储存在储气罐中的压缩空气释放出来，进入膨胀机做功，再由膨胀机驱动第二发电机向电网输送电能，缓解用电紧张现象；
21、当第一齿轮箱的润滑油需要加热时，将空气压缩机出口的高温高压空气通往第一齿轮箱润滑油换热器，与第一齿轮箱润滑油进行间接换热；第一齿轮箱通往第一齿轮箱润滑油换热器的管路上设置有第一调节阀，用于控制参加换热的润滑油流量；经过加热的润滑油由第一润滑油泵升压后送回第一齿轮箱；空气压缩机出口通往第一齿轮箱润滑油换热器的管路上设置有第三调节阀，用于控制参加换热的高温空气的流量；
22、第一齿轮箱润滑油换热器出口的空气管路上设置有第一压力变送器，用于测量经过换热后的空气的压力，并将测量到的压本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.直接发电和压缩空气储能结合的风能利用系统，其特征在于，包括直接发电和压缩空气储能结合的风能利用单元和第二发电单元，直接发电和压缩空气储能结合的风能利用单元连接第二发电单元；
2.根据权利要求1所述的直接发电和压缩空气储能结合的风能利用系统，其特征在于，第一组传动机构包括第一离合器(2)和第一齿轮箱(3)，第一离合器(2)连接第一齿轮箱(3)，第一齿轮箱(3)输出端连接第一发电机(4)；第二组传动机构包括第二离合器(5)和第二齿轮箱(6)，第二离合器(5)连接第二齿轮箱(6)，第二齿轮箱(6)输出端连接空气压缩机(7)。
3.根据权利要求2所述的直接发电和压缩空气储能结合的风能利用系统，其特征在于，设置有第一齿轮箱润滑油换热器(13)，第一齿轮箱润滑油换热器(13)的油侧循环管路入口设置有第一调节阀(12)，出口设置有第一润滑油泵(14)。
4.根据权利要求3所述的直接发电和压缩空气储能结合的风能利用系统，其特征在于，设置有第二齿轮箱润滑油换热器(23)，第二齿轮箱润滑油换热器(23)的油侧循环管路入口设置有第二调节阀(22)，出口设置有第二
5.根据权利要求4所述的直接发电和压缩空气储能结合的风能利用系统，其特征在于，空气压缩机(7)出口设置有管路分别连接到第一齿轮箱润滑油换热器(13)和第二齿轮箱润滑油换热器(23)的气侧入口，且管路入口分别设置有第三调节阀(17)和第四调节阀(25)；
6.根据权利要求1所述的直接发电和压缩空气储能结合的风能利用系统，其特征在于，膨胀机(9)的出口管路上设置有第七截止阀(32)；强制通风风机(11)入口管路上设置有第九截止阀(36)、第二空气滤网(35)，出口管路上设置有第八截止阀(34)；第七截止阀(32)下游的管路分为两路，其中一路和第八截止阀(34)之后的管路汇合，之后分别通过第六调节阀(20)和第七调节阀(27)连接至第一齿轮箱润滑油换热器(13)和第二齿轮箱润滑油换热器(23)的气侧入口；第七截止阀(32)下游的另一路通过第八调节阀(33)连接至大气。
7.根据权利要求1所述的直接发电和压缩空气储能结合的风能利用系统，其特征在于，储气罐(8)和膨胀机(9)之间设置有第六截止阀(30)和第九调节阀(41)，储气罐(8)上连接有安全阀(29)和第三压力变送器(31)。
8.根据权利要求1所述的直接发电和压缩空气储能结合的风能利用系统，其特征在于，直接发电和压缩空气储能结合的风能利用单元的个数大于等于1，大于1时为并联连接；储气罐(8)的个数大于等于1，大于1时为并联连接；第二发电单元的个数大于等于1，大于1时为并联连接。
9.根据权利要求4所述的直接发电和压缩空气储能结合的风能利用系统，其特征在于，第一齿轮箱润滑油换热器(13)上设置有第一温度变送器(301)和第一电加热器(302)；第二齿轮箱润滑油换热器(23)上设置有第二温度变送器(401)和第二电加热器(402)。
10.直接发电和压缩空气储能结合的风能利用系统的控制方法，其特征在于，基于权利要求1至9任意一项所述的直接发电和压缩空气储能结合的风能利用系统，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.直接发电和压缩空气储能结合的风能利用系统，其特征在于，包括直接发电和压缩空气储能结合的风能利用单元和第二发电单元，直接发电和压缩空气储能结合的风能利用单元连接第二发电单元；
2.根据权利要求1所述的直接发电和压缩空气储能结合的风能利用系统，其特征在于，第一组传动机构包括第一离合器(2)和第一齿轮箱(3)，第一离合器(2)连接第一齿轮箱(3)，第一齿轮箱(3)输出端连接第一发电机(4)；第二组传动机构包括第二离合器(5)和第二齿轮箱(6)，第二离合器(5)连接第二齿轮箱(6)，第二齿轮箱(6)输出端连接空气压缩机(7)。
3.根据权利要求2所述的直接发电和压缩空气储能结合的风能利用系统，其特征在于，设置有第一齿轮箱润滑油换热器(13)，第一齿轮箱润滑油换热器(13)的油侧循环管路入口设置有第一调节阀(12)，出口设置有第一润滑油泵(14)。
4.根据权利要求3所述的直接发电和压缩空气储能结合的风能利用系统，其特征在于，设置有第二齿轮箱润滑油换热器(23)，第二齿轮箱润滑油换热器(23)的油侧循环管路入口设置有第二调节阀(22)，出口设置有第二润滑油泵(24)。
5.根据权利要求4所述的直接发电和压缩空气储能结合的风能利用系统，其特征在于，空气压缩机(7)出口设置有管路分别连接到第一齿轮箱润滑油换热器(13)和第二齿轮箱润滑油换热器(23)的气侧入口，且管路入口分别设置有第三调节阀(17)和第四调节阀(25)；
6.根据权利要求1所述的直接发电和压缩空气储能结合的风能利用系统，其特征在于，膨胀...
【专利技术属性】
技术研发人员：李永康，周斌，樊涛，王利伟，谢宁，朱小敏，张泽，杨赵辉，
申请(专利权)人：华北电力科学研究院有限责任公司西安分公司，
类型：发明
国别省市：
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